时序数据挖掘及其在故障诊断中的应用研究

发布时间：2020-06-22 07:03

【摘要】： 数据挖掘是一个复杂的过程，而针对时间序列具有维数高和动态性等特点，如何高效地对时间序列数据进行挖掘是一个十分有意义的研究课题。本文对时间序列数据非线性检验、降噪、分割等数据挖掘中的预处理工作进行了研究，并将时间序列数据挖掘技术引入机械故障诊断领域；通过应用实例，验证了这些方法和理论。论文主要完成工作如下： 1)时间序列数据非线性检验研究提出了一种随机迭代修正幅值的傅立叶变换(SIAFFT)算法和KS检验统计量相结合的时间序列数据非线性检验方法，通过对弱非线性信号、强非线性信号以及含噪信号的检验，该方法均能得到正确的判断结果。与传统方法相比，该方法收敛速度快，具有较强的抗噪声能力，对非线性信号具有较高的敏感性。 2)全局投影算法用于降噪和故障特征提取全局投影降噪算法具有良好的适用性，运算效率和降噪效果明显优于局部投影降噪算法。将全局投影算法应用于转子轴心轨迹的提纯，比基于谐波小波等的轴心轨迹提纯方法运算效率高得多。将全局投影降噪算法和共振解调技术相结合，提出了一种适用于低速重载轴承故障诊断的方法。利用此方法对某炼钢厂转炉倾动机构悬挂齿轮箱耳轴轴承进行故障诊断，诊断结果与实际情况相符。 3)基于GG聚类的时间序列数据分割方法针对传统时间序列分割算法的不足，提出了一种基于GO聚类在线数据分割算法。该算法具有自合并功能，能不借助相关领域专家的支持自动寻找最优的分割子集数，是一种有工程应用价值的数据在线分割方法。 4)基于KS检验的时序数据分类挖掘系统提出了一种基于KS检验的时序数据分类挖掘方法，在此方法基础上，建立了故障分类系统。通过仿真试验和齿轮及轴承的故障诊断，说明该方法在数据样本含有一定噪声时也能正确判断故障类型。该方法算法简单、计算效率高、实用性强，在机械故障智能诊断领域具有广泛的应用前景和推广价值。 5)改进型支持向量机(ES-SVM)用于时间序列数据趋势预测将传统的基于支持向量机的时间序列预测方法进行改进，采用进化策略法搜索惩罚因子C，ε不敏感损失函数和高斯核参数σ。Lorenz信号的数值仿真实验预测结果证明改进后的ES-SVM算法比原SVM算法的预测精度更高。另外，由于在工程实际中所拾取的信号不可避免地会含有噪声，因此，将全局投影算法和ES-SVM相结合的预测方法具有更大的工程应用价值。 6)构建基于时序数据挖掘的远程监测与诊断系统作为时序数据挖掘应用的重要组成部分，本文以机械在线监测系统为对象，对数据仓库结构、数据类型进行了探讨；并针对机械信号的特点，建立了时间序列数据挖掘快速处理模型。在此基础上，结合企业对具体远程监测与诊断系统的要求，构建了基于时间序列数据挖掘的远程监测与诊断系统，并成功应用于某烧结厂抽风机。
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TH165.3
【图文】：

功率谱图,轴承滚动体,悬挂齿轮,轴承故障

O.244Hz和0.967Hz(为0.244Hz的四倍频)，与轴承滚动体的故障特征频率及其倍频相符。功率谱图中没有其它明显的轴承故障特征频率，因此可以推断为轴承滚动体发生了故障。在对悬挂齿轮箱检修时发现，该轴承滚动体球面有少量剥落(如图3.16)。因此，诊断结果是正确可信的。

星形结构,仓库,系统数据,数据接口

在 SQLServer2000平台上采用星形模式构建机械监测系统数据仓库，如图7.1所示。门舜碑仰峥哪初.................团哪杯脚脚攀绷斌娜麟摧漱燃黝臻瞬豁羲羹瞅篷耀瘾溉彝秦裕癫蔚戴娜该下一云l到习图7.1机械监测系统数据仓库实体—关系星形结构图7.1.4数据接口数据接口是各类应用程序和数据仓库间传递数据的界面。数据接口的选择将直接影响系统的性能和将来的扩展能力。本系统前端数据传输技术采用 OPC(OLEforProcessConirol)技术，OPC是一个工业标准，是由几家主要的自控公司和微软共同制定的，为客户提供了一种开放、灵活和标准

【引证文献】